第五章 其他混凝土路面设计 §5－1钢筋混凝土路面设计 定义 为了防止板块内可能产生的裂缝的缝隙张开，在板内设置有纵、横向钢筋（或钢丝）网的混凝土路面（不是为了增加板的抗弯拉强度） 使用场合 板的平面尺寸较大（如板长10～20m） 如§6－8，板下埋设较浅地下设施或路基和基层有可能产生不均匀沉降。 钢筋混凝土路面设计 板厚设计：同普通混凝土路面设计，板长可以取计算参数中的高限。 配筋率设计 推导：由于板块长度小于按照温度均匀变化时的计算板长，现在设固定区长度为0，如下图： 中部最大拉应力为：（取2.4KN/m3） 钢筋混凝土带裂缝工作，拉应力全部由钢筋承担，单位配筋面积为：， 考虑结构可靠性取容许抗拉能力（比例极限之前）为屈服强度的0.75倍，则 单位长度（b＝1）配筋率：，代入上式： 钢筋规格和布置 见表7－2，布置在距离底面1/3～1/2h，一般靠近下缘。8～16的光圆钢筋或12～16的螺纹钢筋 （四）平面尺寸 1．钢筋混凝土的横向缩缝距离较长，张开宽度较大，必须设置缩缝传力杆。 横向缩缝距离的确定： （1）按照配筋造价与接缝造价（设传力杆）之和为最低时设置缩缝距离 （2）由统计公式确定： 横向缩缝距离一般为10～20m，不超过30m。 2．钢筋混凝土路面不设纵缝 3．钢筋混凝土路面的胀缝与普通混凝土路面相同。 §5－2连续配筋混凝土路面 定义 在路面纵向配有足够数量的连续钢筋，用以控制整段混凝土路面在温度影响下的纵向收缩产生的开裂，这种路面形式叫做连续配筋混凝土路面。（配筋率约为0.6％~0.8）钢筋混凝土路面平整无接缝，耐久性好。造价高。 连续配筋混凝土路面设计 厚度设计 连续配筋混凝土路面的厚度与配筋率是相联系的，由于钢筋的作用，面板的抗弯拉能力和裂缝的传荷能力都有较大的提高，因此面板可以减薄。但是减薄面板厚度与加大配筋率是一对矛盾，应该从中综合考虑。应该解决问题的主要矛盾——在满足对连续配筋混凝土路面的定义的功能的前提下，尽量少用钢筋(不可再生资源)。 考虑到此种结构一般用于重交通道路时，在设计时，按照普通混凝土路面设计板厚，计算满足平均横缝间距和最大缝隙宽度的配筋率。 （二）纵向配筋率设计方法(参考AASHTO法与国内近期研究成果) 1．按照普通混凝土路面设计板厚； 2．以三项指标控制配筋率 （1）面板横向裂缝平均间距1.0～2.5m; （2）最大裂隙宽度不超过1mm； （3）钢筋拉应力不超过屈服强度。 3．初拟配筋率 4．按照P142公式7－7、7－8、7－9计算横向裂缝平均间距，并验算； 5．按照公式7－10计算平均裂缝宽度，并验算； 6．按照公式7－11计算钢筋拉应力，并验算； 7．同时满足4、5、6三项指标，视为设计合理。 （三）横向配筋设计 连续配筋混凝土路面的横向配筋方法与钢筋混凝土路面相同，采用公式进行配筋率计算。 （四）钢筋规格和布置 规格：直径12～16的螺纹钢筋(纵横向相同或横向比纵向细不小于4mm) 布置：纵向钢筋距离底面1/2~1/3h，纵向在下，横向在上。 纵向钢筋间距100～250mm，不小于最小骨料粒径的2.5倍，在满足间距的情况下尽量用细的。 横向间距不大于800mm，距离边缘100～150mm。 连续配筋混凝土路面与其他结构物的搭接 除了与构造物搭接以外，连续配筋混凝土路面不设胀缝。 在与其他路面（尤其时普通混凝土路面）相接时需要设置锚固来限制膨胀。 锚固采用：钢筋混凝土地梁或宽翼缘工字钢梁（规范P21图5.4.4-1） §5－3碾压混凝土路面 定义 碾压混凝土是采用干硬性混凝土，利用拌和式沥青路面施工的摊铺和碾压技术和设备施工的一种水泥混凝土路面，适用于二级以下路面及二级以上的双层式或多层式结构的下层（沥青混合料＋碾压混凝土，普通混凝土＋碾压混凝土） 碾压混凝土施工快速方便，节约水泥，收缩较小，强度高，开放交通早，表面短波平整度不好，可以采用双层结构。 设计方法 （一）厚度设计 厚度设计方法同普通接缝混凝土路面，只有参数的改变（强度、模量、疲劳方程） 验算法在新规范中没有写入可以采用老规范的： （二）平面设计 1．横向缩缝：由于碾压混凝土比普通混凝土最终干缩小，线收缩系数也小，缩缝间距为10～15m 2．纵向缩缝：路面宽度不超过10m可以不设 3．胀 缝：同普通混凝土路面。 §5－4纤维混凝土路面 定义 采用金属或聚合物纤维掺入混凝土中，提高混凝土的各种力学及耐久性质，这种混凝土路面叫做纤维混凝土路面。 适用于重交通道路、机场道面、桥面铺装。 造价高、承载能力大、耐久性好 设计方法 厚度设计：同普通混凝土路面 接缝设计：缩缝延长到30～40m，胀缝同普通混凝土路面，可以不设纵向缩缝。 设计要点：混凝土配合比。 §5－5预应力混凝土路面 §5－6块料混凝土路面 §5－7 加铺层或双层复合式混凝土路面 定义 分期修建的双层式混凝土路面或在原有水泥路面顶部加铺沥青混合料或水泥混凝土的路面结构叫做——。 分类 1沥青混合料＋水泥砼（碾压或旧） 2水泥砼＋水泥砼  加铺层结构设计 （一）水泥砼＋旧水泥砼路面结构设计 1．水泥砼＋旧水泥砼结构分类： （1）分离式 定义：在清除原有路面的松散碎屑后，铺设一层沥青混合料、油毡或聚乙烯薄膜的隔离层，然后再浇筑水泥混凝土加铺层（一般大于15cm）。 适用性：适用于损坏（开裂）较为严重的混凝土路面 接缝形式：与旧面层接缝错开布置的半通缝，旧面层裂缝一般不会反射到上部。 （2）结合式 定义：采用冷磨、喷射高压气体、高压水、钢珠或酸腐蚀的办法，刨松和清理旧面层表面，并在清理后的表面涂刷水泥浆、环氧树脂等胶粘剂后浇注混凝土面层。（一般较薄，>2.5cm） 适用性：适用于损坏程度较轻的旧砼路面 接缝形式：设置与旧面层完全对应的全通缝。 (3)部分结合式（直接式） 定义：清除原有路面的松散碎屑后，直接浇筑水泥混凝土加铺层 适用性：适用于损坏程度一般的旧砼路面 接缝形式：设置与旧面层完全对应的接缝，但是形式可以不同。 2．三种结构的力学特性分析 分离式加铺层由于设置了隔离层，各层变形不完全协同，加铺层独立承担荷载和温度应力作用，其设计厚度受加铺层砼的弯拉强度控制，通常较厚。 结合式加铺层与旧面层粘结成一体，绕共同的中轴面弯曲，可以看作为一个层次，其设计厚度受旧面层弯拉强度控制，因此层次较薄。 部分结合式的加铺层与下面的粘结介于二者之间，受力特性也介于二者之间，因此层厚也介于二者之间。 3．设计的过程 （1）旧路路面损坏状况调查评定 ①调查：旧混凝土路面损坏状况采用断板率和平均错台量两项指标评定。断板率的调查和计算方法按照《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ 073.1）的规定进行，平均错台量可以用错台仪或其他方法量测接缝两侧板边的高程差，量测点在错台严重车道的右侧边缘内300mm处，以调查路段内各条接缝错台的平均值为平均错台量。 ②评定标准： 等级 优良 中 次 差  断板率（％） ≤5 6~10 11~20 ＞20  平均错台量（mm） ≤5 6~10 11~20 ＞15   （2）接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定 ①调查 试验荷载采用接近于BZZ-100一侧轮载（50KN），宜于采用FWD，也可采用贝克曼梁。 接缝传荷系数 其中， 脱空判定采用板角弯沉试验结合唧泥和错台情况确定 ②评定标准 等级 优良 中 次 差  接缝传荷系数（％） >80 56～80 31～55 <31  （3）旧混凝土路面加铺层方案确定 ①当损坏状况和接缝传荷能力评定等级为中或次，或拟定的新旧路的平面面尺寸不同、接缝形式或位置不对应、路拱横坡不同时，采用分离式加铺层。 ②当损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良，宜于采用结合式水泥砼加铺层 ③当损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中，也可以采用沥青加铺层。 ④当损坏状况和接缝传荷能力评定等级为差时，宜于将混凝土板破碎成小于400mm的小块，用作新建路面的底基层或垫层。结构设计按照新建水泥或沥青道路进行。 ⑤不建议采用部分结合式加铺层。 （4）旧混凝土路面结构参数调查 ①旧路面厚度： 置信度水平 85％ 90％ 95％  保证率系数 1．04 1．28 1．64  ②旧路面混凝土弯拉强度通过取芯试样的劈裂试验并由回归公式计算确定  ③旧路面混凝土的弯拉弹性模量由弯拉强度——弯拉弹性模量回归公式计算确定 （MPa） ④旧路面基层顶面当量回弹模量标准值，宜于采用FWD（荷载100KN，承载板半径150mm）量测板中的弯沉曲线，按照回归公式确定。 其中 缺乏FWD时，可以采用掘开板块后由公式确定，或根据土基与基层材料现状与其他道路比拟确定。 （5）破损处置与结构组合设计 ①破损处置：更换破碎板，修补裂缝、磨平错台、压浆封堵脱空、清除失效填缝并重新填缝。 ②结构组合设计： 对于分离式：设置隔离层，沥青混合料（>25mm的沥青混凝土或沥青砂）、油毡、聚乙烯薄膜。加铺层可用普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土。 前三者的厚度不宜小于180mm,钢纤维混凝土的厚度不宜小于140mm 对于结合式：采用采用铣刨、喷射高压水、钢珠或酸腐蚀的办法打毛表面，在表面涂胶粘剂。加铺层一般采用普通混凝土、最小厚度>25mm (6)按照分离式双层板或结合式双层板理论进行应力分析和结构厚度设计 专题：双层混凝土板应力分析与厚度设计 1．预期交通分析，确定Ne 2．确定荷载应力和荷载疲劳应力 荷载应力： 临界荷位（纵缝板边缘中部）处的双层板的上层和下层应力计算式：  其中： 、 、 、、 、分别是双层板的上、下两层的各项参数 ——双层混凝土板的相对刚度半径， ——层间结合系数。分离式，＝0，结合式，＝1； ——下层板中面至结合式双层板中性面的距离， ——双层混凝土板的截面总刚度，为上、下两层板对各自中面的弯曲刚度以及截面轴向力所构成的弯曲刚度三者之和： 荷载疲劳应力： ，其中，的意义同单层板，为实测值 3．确定温度应力和温度疲劳应力 分离式双层板仅仅需要计算上层板的温度应力，结合式双层板仅仅需要计算下层板的温度应力，温度疲劳应力的确定方法与单层板相同。 分离式双层板上层最大翘曲应力： 其中： 结合式双层板下层最大翘曲应力： 其中： 温度疲劳应力：， 同单层板。，a、b、c——回归系数，查表6－3 4．验算结构承载能力 分离式双层板：对上、下层分别验算。上层：，下层： 结合式双层板：只验算下层： （二）沥青路面＋旧水泥砼路面结构设计 1．设计原则：提高路面表面使用性能，延长路面结构寿命，减少反射裂缝 2．设计程序（前（4）步骤对于路面的调查与评定，对于旧路的参数的调查与加铺水泥砼完全相同） （5）破损处置与结构组合设计 ①破损处置：更换破碎板，修补进展性裂缝、磨平错台、压浆封堵脱空、清除失效填缝并重新填缝。 ②结构组合设计 a.夹层： 沥青加铺层的主要损坏模式是下层混凝土板在加铺层的反射裂缝（由于旧砼面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内出现应力集中而产生，包括因温度和湿度变化而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。）在旧混凝土路面与沥青之间设置夹层，是预防和减缓反射裂缝的常用措施，规范规定当旧混凝土路面的接缝传荷能力评定为中时，必须采取减缓反射裂缝措施。主要方案有： 软夹层——橡胶沥青应力吸收夹层：是一种高弹性低劲度的软夹层，厚度为10～50mm ——土工织物夹层：聚丙烯或聚酯织物以及聚乙烯、聚酯无纺织物 硬夹层——格栅：玻璃纤维格栅和金属格栅。格栅的刚度相对较大，对降低加铺层内因温度下降引起的应力和应变不如软夹层，但是对于降低荷载应力和应变的作用远大于软夹层 复合夹层——下层为应力吸收层，上层为格栅 b.加铺层： 沥青加铺层降低旧砼的荷载应力的效果有限，厚度主要考虑减缓反射裂缝，依赖经验采用，采用大于12cm.的厚加铺层可以缓解反射裂缝。常用10cm左右的开级配沥青碎石的下面层和5cm左右的沥青混凝土或SMA上面层。 c.排水：一般要求采用合理的路肩排水设施。 （6）应力分析和结构厚度设计 有沥青上面层的混凝土路面的应力分析和结构厚度设计考虑沥青上面层对水泥混凝土板的荷载承载能力的贡献和对温度梯度的折减，按照结构可靠度理论对结构进行分析。设计标准与单层水泥混凝土路面相同。 专题：应力分析和结构厚度设计 计算位置——原水泥路面的临界荷位 荷载应力和荷载疲劳应力 荷载应力：， 其中：——加铺层的厚度； ——系数，由混凝土板厚和查规范诺模图D.1.2（诺模图—abac/nomograph,也叫线列图） 荷载疲劳应力： 温度疲劳应力 温度疲劳应力： 其中，——无沥青层时的温度疲劳应力，其最大温度梯度由于加铺层的影响，采用规范表D.2.1 ——系数，由混凝土板厚和查规范诺模图D.2.2 4.结构厚度验算同单层混凝土板：